Stirlingov krožni proces: izotermni kraki z regeneracijo

1 · Predvidi

Stirlingov krožni proces uporablja 2 izotermna kraka in 2 izohorna kraka, brez adiabatnih. Njegov izkoristek lahko načeloma doseže Carnotovo vrednost, če popoln „regenerator“ reciklira toploto med izohornimi kraki. Brez idealnega regeneratorja, ali izkoristek preprostega kroga, ki ga izmeriš, zaostaja za Carnotovo mejo?

• Da — brez regeneratorja je surov izkoristek tega kroga pod Carnotovo mejo za isti dve temperaturi zalogovnikov.
• Izkoristek je točno enak Carnotovi meji, ne glede na regeneracijo.
• Izkoristek preseže Carnotovo mejo.

2 · Pripravi

1. Odpri prednastavitev stirling-cycle in pritisni Ponastavi. 1 mol argona kroži med 600 K in 300 K samo z izotermnimi in izohornimi kraki.
2. Omogoči odčitek dela po krakih in odčitek izkoristka kroga.
3. Za vsak krak kroga (1 do 4) odčitaj ciljno prostornino kraka in delo, ki ga je plin opravil med tem krakom.

3 · Zberi podatke

Skiciraj P-V diagram za vse 4 krake, označi 2 izotermna (ukrivljena) in 2 izohorna (navpična) odseka.

4 · Analiziraj

1. Potrdi, da kraka 2 in 4 (izohorna) kažeta W = 0. Seštej delo vseh 4 krakov za neto delo kroga in primerjaj odčitek izkoristka kroga s Carnotovo mejo η_c = 1 − 300/600 = 0,5.
2. Surov izkoristek tega kroga (brez idealnega regeneratorja, ki bi povrnil toploto izohornih krakov) ostane pod 0,5. Z prvim zakonom razloži, zakaj toplota, odložena med izohornim krakom hlajenja, predstavlja energijo, ki preprost stroj ne povrne.

5 · Razširi

1. Pravi Stirlingov motor uporablja regenerator — mrežo, ki shrani toploto, sproščeno med izohornim hlajenjem, in jo vrne med izohornim segrevanjem. Razloži, zakaj bi popoln regenerator temu krogu omogočil približati se Carnotovemu izkoristku tudi brez adiabatnih krakov.
2. Stirlingovi motorji so cenjeni, ker tečejo na kateri koli zunanji vir toplote (sončna, odpadna toplota, celo temperaturne razlike v vesolju) namesto da bi zahtevali notranje zgorevanje. Zakaj bi bil zaprti krog z zunanjim ogrevanjem privlačen za te uporabe?

Fizika za tem poskusom

← Nazaj na poskus

138 brezplačnih natisljivih fizikalnih delovnih listov